董 楠，宋會歌，劉 嘉，趙國華,2,*

(1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶 400715)

咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素輔色作用及穩(wěn)定性的影響

董 楠1，宋會歌1，劉 嘉1，趙國華1,2,*

(1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶 400715)

研究咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素輔色作用及其穩(wěn)定性的影響。結果表明：在酸性條件下添加咖啡酸可使色素溶液的最大吸收波長(λmax)藍移(從530nm到518nm)，溶液在λmax處的吸光度顯著提高。但咖啡酸的最佳輔色劑量受溶液pH值影響明顯。此外，咖啡酸的添加能明顯提高色素溶液在光(自然和紫外)、熱以及不同金屬離子條件下的穩(wěn)定性，且隨咖啡酸濃度的增加其穩(wěn)定效果加強。

咖啡酸；胭脂蘿卜紅色素；穩(wěn)定性；輔色作用

胭脂蘿卜紅色素，是以胭脂蘿卜肉質根為原料提取的一種安全、無毒的天然食用色素[1]，具有一定營養(yǎng)和藥理作用[2]，是國家添加劑標準委員會允許使用的天然色素之一[3]。但其穩(wěn)定性較差，易受pH值、溫度、光照等多種因素的影響而發(fā)生降解和變色[4]。輔色物質一般為無色或顏色很淺的黃酮類和芳香酸類，通過與2-苯基苯并吡喃陽離子作用，保護花色苷母核免遭水分子親核攻擊[5-6]。Wrolstad等[7]的研究表明，咖啡酸能通過?；行岣呋ㄉ疹惿厝芤旱姆€(wěn)定性，是一種理想的輔色劑，對多種植物色素有較好的輔色作用[8-10]。近年來，研究多集中在咖啡酸對紅酒色素輔色及穩(wěn)定性的影響[11]，而對胭脂蘿卜紅色素的輔色研究鮮有報道。因此，實驗選用咖啡酸為輔色劑，探討其在不同條件下對胭脂紅蘿卜色素的輔色效果以及穩(wěn)定性的影響。以期為胭脂蘿卜紅色素在食品工業(yè)中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胭脂蘿卜紅色素，花青素E163，色價219U/g，由重慶市武隆仙女天然色素有限責任公司提供。

咖啡酸(色譜純) 美國Sigma公司；硫酸銅(分析純)天津市瑞金特化學品有限公司；氫氧化鈉(分析純) 成都市科龍化工試劑廠；硫酸鐵(分析純)、三氯化鋁(分析純) 重慶吉元化學有限公司；其他試劑皆為分析純。

1.2 儀器與設備

UV-2450紫外-可見分光光度計 日本島津公司；722-P可見分光光度計 上海現(xiàn)科儀器有限公司；HWS-24電熱恒溫水浴鍋 上海齊欣科學儀器有限公司；PB-10 酸度計 德國Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素吸收光譜的影響

1)取0.05g/100mL的胭脂蘿卜紅色素水溶液10mL，分別加入不同體積的0.04mol/L咖啡酸溶液，使得胭脂蘿卜紅色素溶液與咖啡酸溶液的體積比為1:1、1:2、1:3，并做空白，均用蒸餾水定容至50mL。并用HCl、NaOH調至pH 3。用UV2450紫外-可見分光光度計對上述4組色素溶液作全波段掃描[12]，比較不同濃度咖啡酸對色素吸收光譜的影響作用，并測得色素的最大吸收波長λmax。

2)配制上述4種色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)，標記后，分別用HCl、NaOH調至不同的pH值(2、4、7)，再用蒸餾水調整，使各溶液體積相同，觀察溶液顏色的變化并掃描其在400～700nm波長范圍內的吸收光譜。

1.3.2 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素穩(wěn)定性的影響

1)配制上述4種色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)標記后，分別置于室內自然光和15W紫外燈下照射，用HCl調至pH 4，在室溫條件下每隔一段時間測定其最大吸收波長λmax下的吸光度，并計算其保存率。

2) 配制上述4種色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)，標記后，暗光放置1 h待反應充分，用HCl調至pH 4，分別于室溫、80、100、120℃下恒溫20min，測定其最大吸收波長λmax下的吸光度，并計算色素保存率。

3) 配制上述4種色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)分3組標記后，分別加入硫酸銅、硫酸鐵、三氯化鋁配制含有Cu2+(0.001mol/L)、Fe3+(0.001mol/L)、Al3+(0.001mol/L)的色素溶液(保持咖啡酸比例不變)，放置12 h后，用HCl調至pH 4，于室溫下測其最大吸收波長λmax處的吸光度，并做空白對照。

1.3.3 色素保存率的計算[4]

式中：A為一定條件處理后的吸光度；A0為初始吸光度。

2 結果與分析

2.1 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素的輔色效果

2.1.1 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素吸收光譜的影響

由圖1可知，胭脂蘿卜紅色素溶液添加咖啡酸后最大吸收波長向短波方向移動，其最大吸收波長530nm處的吸光度比空白有所增加。而且，咖啡酸濃度越高，色素溶液的吸光度越大，增色效果越顯著。

圖1 不同濃度咖啡酸輔色胭脂蘿卜紅色素的可見光譜Fig.1 Visible spectrum of kermes radish red pigment solution with different caffeic acid concentrations

2.1.2 不同pH值條件下咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素吸收光譜的影響

圖2 不同pH值條件下咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素的輔色效果Fig.2 Effect of caffeic acid on co-pigmentation of kermes radish red pigment under different pH conditions

由圖2可知，咖啡酸在不同pH值條件下的輔色效果是有差異的。pH2時，1:3咖啡酸的輔色效果最好，而1:1咖啡酸的輔色效果并不明顯；pH4時，不同濃度的咖啡酸對色素均有輔色效果，且濃度越高輔色效果越明顯；pH7時，色素溶液變色明顯，呈紫色，咖啡酸在一定濃度范圍對其輔色效果較好，高濃度反而效果不佳。同時發(fā)現(xiàn)隨色素溶液pH值以4降到2，色素的最大吸收波長發(fā)生藍移，從530nm降低到518nm。

這種顏色的變化主要是花色苷的4種結構形式轉換的結果。在pH3以下花色苷以紅色的苯并吡喃鹽成分為主。隨著pH值的升高，2-苯并吡喃鹽的比例下降，無色的甲醇假堿比例上升，甲醇假堿與無色的查耳酮之間存在著互變異構平衡，這時溶液的紅色開始減弱[4]。pH值上升至5時淺紫色的中性醌式假堿開始形成，溶液的顏色逐漸向紫色變化。pH值上升至7以上，則以藍色的離子化醌式堿形式存在[5]。而結構之間的轉變導致其從pH2到pH7時，出現(xiàn)吸收峰從藍移到紅移的變化。

2.2 不同條件下咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素穩(wěn)定性的影響

2.2.1 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素光穩(wěn)定性的影響

圖3 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素可見光穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of caffeic acid on stability of kermes radish red pigment in daylight

由圖3可知，將裝有色素溶液的透明具塞玻璃瓶置于實驗室露臺上(每天8:00-20:00)接受自然光照射(平均光照度約15000 lx)，胭脂蘿卜紅色素吸光度隨時間延長均有所下降。但加入咖啡酸之后，色素吸光度的減弱趨勢明顯減小，證明加入咖啡酸后色素的損失率有所降低，并且咖啡酸濃度越高色素光穩(wěn)定性越好。自然光照射296h后，空白色素保存率僅為35.7%。而色素溶液與咖啡酸標準溶液體積比為1:1、1:2、1:3時，保存率分別為40.2%、45.8%、79.3%。加入咖啡酸的色素溶液在530nm波長處的吸光度均大于空白組，證明咖啡酸對色素穩(wěn)定性有一定促進效果，且咖啡酸的濃度越高促進色素穩(wěn)定性的效果越好。

圖4 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素紫外光穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of caffeic acid on stability of kermes radish red pigment in UV light

將不同咖啡酸配比的色素溶液在紫外光下放置，每隔2h測其吸光度。如圖4所示，各組色素溶液吸光度均呈下降趨勢，紫外光下放置12h后，空白組的色素保存率僅為45.9%。當色素溶液與咖啡酸標準溶液體積比為1:1和1:2時，色素保存率均為85.7%。而色素溶液與咖啡酸標準溶液體積比為1:3時，色素保存率高達93.7%。證明在紫外光照射下，咖啡酸對蘿卜紅色素具有較好的輔色效果。

有研究發(fā)現(xiàn)，光會促進花色苷類色素的降解[5]。Furtado等[13]發(fā)現(xiàn)光照引起花色苷降解的可能途徑為：花色苷首先降解生成C4羥基的中間產物，該中間產物在C2位上水解開環(huán)，最后生成查爾酮，查爾酮快速降解成苯甲酸及2,4,6-三羥基苯甲醛等產物，使色素的色澤變淺。

2.2.2 咖啡酸對色素熱穩(wěn)定性的影響

圖5 咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素熱穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of caffeic acid on stability of kermes radish red pigment at different temperatures

如圖5所示，咖啡酸可以有效減緩高溫對色素的不良影響。不僅使色素溶液能保持在較高的吸光度，而且對高溫下色素的保存率有較好的效果。在120℃高溫時，1:3咖啡酸溶液色素保存率明顯高于空白，證明咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素的熱穩(wěn)定性有很好的效果。胭脂蘿卜紅色素的穩(wěn)定性受溫度影響非常大。這主要由于花色苷的二苯基苯并吡喃陽離子AH+的失電子過程(AH+→A)是一個放熱反應，而水解反應(AH+→B)和開環(huán)反應(B→C)都是放熱反應并且都伴隨熵的增大。因此，溫度升高時，平衡向著無色的查爾酮和甲醇假堿形式轉化。但冷卻時，醌式堿和甲醇假堿還可轉變成紅色的花色烊陽離子形式，而查爾酮則很難再轉化為花色烊陽離子形式[5]。

2.2.3 不同金屬離子環(huán)境下咖啡酸對色素穩(wěn)定性的影響

當色素溶液加入Cu2+和Al3+后，溶液的吸光度有所下降但仍保持原色素溶液的橙紅色。在有Cu2+和Al3+存在的情況下，咖啡酸對胭脂紅蘿卜色素仍具有輔色作用，且這種作用隨咖啡酸用量的增大而增強。而隨著Fe3+加入，不含咖啡酸的色素溶液顏色由橙紅色變?yōu)樯钭厣?，而加入咖啡酸的溶液顏色呈紅棕色，這可能是胭脂紅蘿卜色素與Fe3+反應形成了棕色物質，而咖啡酸能抑制這一反應的進行。圖6中Fe3+組對照(CK)溶液顏色呈深棕色但卻具有較低的吸光度是因為反應新形成的褐色色素的最大吸收波長和原色素有很大的差異。Fe3對胭脂紅蘿卜色素色調的影響非常明顯，因此不可以將該類色素貯存于鐵制器皿或添加到Fe3含量豐富的食物中。

圖6 金屬離子環(huán)境中咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素的輔色作用Fig.6 Effect of caffeic acid on co-pigmentation of kermes radish red pigment in metal ion environments

3 結 論

本實驗研究了咖啡酸濃度對胭脂蘿卜紅色素吸收光譜和穩(wěn)定性的影響。結果表明：添加咖啡酸后，胭脂蘿卜紅色素的最大吸收峰向短波方向移動且最大吸收峰峰值增加，說明咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素具有明顯的輔色效果。穩(wěn)定性研究以測定色素溶液吸光度為基礎，在不同光照體系、溫度、pH值、金屬離子環(huán)境中測定咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素穩(wěn)定性的影響。通過比較發(fā)現(xiàn)，咖啡酸對胭脂蘿卜紅色素的光、熱穩(wěn)定性有一定程度的加強。并且，咖啡酸濃度越高輔色效果越好。在pH≤ 7的范圍內，隨著pH值的升高，色素溶液的顏色由橙紅、紅色、紫紅逐漸向淡紫色轉變。pH值對色素的色澤影響顯著，色素適合在酸性食品和飲料中添加。實驗證明，咖啡酸作為輔色劑，可以有效地提高胭脂蘿卜紅色素的穩(wěn)定性，使色素在食品加工和保藏過程中不易受光、熱等因素的影響。

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Effect of Caffeic Acid on Co-pigmentation and Stability of Kermes Radish Red Pigment

DONG Nan1，SONG Hui-ge1，LIU Jia1，ZHAO Guo-hua1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China；2. Chongqing Key Laboratory of Agricultural Product Processing, Chongqing 400715, China)

The effect of coffeic acid on co-pigmentation effect and stability of kermes radish red pigment was studied in this paper. The results showed that the addition of coffee acid could result in the blue shift (from 530 to 518 nm) of maximum absorption wavelength (λmax) in pigment solution. The absorbance at λmaxexhibited a remarkable improvement. However, the optimal co-pigmentation dosage was affected significantly by pH. In addition, the stability of pigment solution was increased significantly when exposed to light (natural light and UV light), heat, or different metal ions due to the addition of coffeic acid in a dosage-dependent manner.

coffee acid；red radish pigment；stability；complementation effect

TS201.21

A

1002-6630(2011)07-0061-04

2010-06-11

董楠(1987—)，女，碩士研究生，研究方向為食品化學與營養(yǎng)。E-mail：dongnan1219@126.com

*通信作者：趙國華(1971—)，男，教授，博士，研究方向為食品化學。E-mail：zhaoguohua1971@163.com